单孔波速测试原理 及注意事项杨永波 2010.41、为什么要做单孔波速测试？天然地基，常常不是单一的匀质土体，而是具 有多层结构的非匀质土体，为了解地基土层的空间 分变化情况，提供与波速有关的岩土动力学参数、 计算土层的动剪模量剪切模量、了解地基的软弱地 层、 分析地基土的类型和建筑物场地类别，进行 地基土的地震反应计算等，必须使用波速测井这种 地球物理方法。
2、什么是单孔波速测试？单孔检层法，也称弹性波速度测井，是在 一个垂直钻孔中进行波速测试的一种方法。
按照震源和检波器在钻孔中所处的位置， ①地表激发孔中接收法 ②孔中激发地表接收法 ③孔中激发孔中接收法 ④孔底法 常用地表激发孔中接收法。
2、什么是单孔波速测试？一般情况下，通过三分量传感器测试场地的剪切 波（横波）和场地的压缩波（纵波）。
但由于场地土层的松散性和地下水位的影响， 压缩波比较难以测到，因此很多时候单孔波速测试 主要是测试剪切波。
2、单孔波速测试的原理利用直达波的原理，由震源产生压缩波（又称P波） 和剪切波（又称SH波），经过岩(土)体，被放置在孔 中的三分量检波器接收，根据波传播的距离和走时计 算出场地土的波速，进而评价场地土的工程性质。
原位测定压缩波(P波)、剪切波(SH波)在岩(土)体 中的传播速度，从而避免了室内测试所带来的误差。
优点：直接对地层测试、结果相对精确且不需要 任何场地（只要能成孔）。
2、单孔波速测试的原理当S波穿过地球时，它们遇到构造不连续界面时会 发生折射或反射，并使其振动方向发生偏振。
当发生 偏振的S波的岩石颗粒仅在水平面中运动时，称为SH波。
当岩石颗粒在含波传播方向的竖直平面里运动时，这 种S波称为SV波。
SH波 SH-wave 水平偏振横波。
质点在垂直于入射平面 的方向上振动的波叫水平偏振横波。
SV波 SV-wave 垂直偏振横波。
质点在入射平面内且与 传播方向垂直振动的波叫垂直偏振横波。
2、单孔波速测试的原理2、单孔波速测试的原理2、单孔波速测试的原理当地面震源激发振动讯号时，（振动讯号产生的时 间被记录），仪器波便从震源发出穿过地层介质， 到达井下三分量探头，探头中的检波器，经过机电 转换把地震的振动信号转换成电信号，通过电缆传 送到波速测试仪，由测试仪器记录并显示地震波形。
(1)在测井工作中，井口、震源、测井探头三点构 成了一个直角三角形。
(2)在测井过程中只要知道了两个测点Zi 和 Zi+1的 深度和剪切波传播的传播时间t1、t2，则Zi 、 Zi+1 的深度之间地层介质的平均波速满足：2、单孔波速测试的原理hi Vi = ti cos α i − ti −1 cos α i −1α i = arctgS∑hi =1ii3、怎样进行单孔波速测试？单孔测试的基本条件：¾钻孔¾震源¾检波器¾仪器3、怎样进行单孔波速测试？对钻孔的要求：a)孔径的要求:按测井探头口径的需要，钻头一般经常使用50~60mm、90~105mm、110~130mm ，根据测井需要，钻孔直径应该比测井探头直径大3~5cm.。
b)钻孔井壁要求：井壁要求光滑，井径变化较小，上下一致。
在松散和结构复杂的地层钻井，除了更换钻具外，钻进的速度也要适当控制以保证钻孔质量。
井孔的倾斜要求不能超过5°，否则测井资料的可靠程度大大降低。
尤其跨孔法，对钻孔的要求更严，否则误差较大。
3、怎样进行单孔波速测试？对钻孔的要求：c)测井对钻孔时间的要求：一般测井的时间要求比较特殊，受到终孔时间的限制。
一般来说，在钻机打完井后，马上对钻井进行扩孔、泥浆护壁等工作，这些工作完成后立刻开始进行测井。
打钻工作一般在白昼进行，在完工后24小时以内，应该完成波速测井的工作。
为了防止周围环境和人文干扰，测井有时要在夜深人静时进行，尤其受人文、交通干扰较大的地区，选择合适的时间测井也是一种很好的防干扰的措施。
3、怎样进行单孔波速测试？对钻孔的要求：d)钻孔附近地面应尽可能平整:钻孔时应尽量减少孔壁土层扰动，待测孔钻到预定深度时，如地层软弱应立即下套管护壁，套管与孔壁间应灌浆和填砂法处理，以保持套管与孔壁间的紧密接触。
e）关于使用各种套管的问题测量有套管钻孔的剪切波速度，实践证明还是比较不容易的。
尽管有的文献曾给出有套管钻孔的剪切波速度与无套管测量结果是一致的，但并没有指出是如何测量，如何处理才能得到与没有套管时，测井的一致的结果。
3、怎样进行单孔波速测试？对振源的要求：单孔法波速测试采用的振源很多，如：爆破、空气压缩枪、弹簧式S波激发装置、火箭筒等等。
剪切波振源应采用锤和上压重物的木板，压缩波振源宜采用锤和金属板。
3、怎样进行单孔波速测试？3、怎样进行单孔波速测试？对木板激振源的要求一般尺寸要求：木板长约2.5米，宽约0.3—0.5米，厚约0.1米。
受锤击的两头包上铁板；通过敲击木板两侧，这样木板就给地面一个水平冲击力，激起土层的剪切振动。
大锤：8磅或10磅3、怎样进行单孔波速测试？对三分量传感器的要求：一般为速度型检波器，有三个分量，一个垂直，两个水平。
三个分量互相垂直，其中两个水平分量在一个平面内相互夹角为90°。
这样的夹角可以保证检波器放在孔中任意地方，总有一个检波器与剪切波信号的方向小于或等于45°，以达到采集波形良好的效果。
压入式波速探头3、怎样进行单孔波速测试？可用静力触探贯入设备将三分量波速探头压人土层中，不需要钻孔压入式波速探头3、怎样进行单孔波速测试？气囊式井中三分量检波器：3、怎样进行单孔波速测试？3、怎样进行单孔波速测试？气囊式井中三分量检波器：通过充气管给气囊充气使检波器与钻孔壁紧密接触藕合，藕合情况的好坏，对采集波形的影响很大。
采用这种检波器可以任意选择是从钻孔底往钻孔口测试还是从钻孔口往钻孔底测试。
3、怎样进行单孔波速测试？杠杆式井中三分量检波器：通电吸合杠杆，将检波器放入钻孔中，断开电池使杠杆弹开与钻孔壁紧密接触藕合。
由于断开电池后无法将杠杆再次吸合，因此采用这种检波器只能选择从钻孔底往钻孔口测试。
3、怎样进行单孔波速测试？3、怎样进行单孔波速测试？对仪器的要求：放大器应采用带低通滤波功能的多通道放大器，其振幅一致性偏差应小于3％，相位一致性偏差应小于0.1ms，折合输入端的噪声水平应低于2μV。
电压增益应大于80dB。
采集与记录装置采用多通道数字采集和存储系统，其模燉转换器（A/D）位数不宜小于12位，幅度畸变小于1.0dB，电压增益不宜小于60dB。
数据分析装置应具有频谱分析及专用分析软件功能，其内存不应小于4.0MB，硬盘内存不应小于100MB，并应具有抗混淆滤波、加窗及分段平滑等功能。
仪器应具有防尘、防潮性能，其工作温度应在－10℃～50℃范围内。
仪器：3、怎样进行单孔波速测试？3、怎样进行单孔波速测试？现场测试步骤：1、了解钻孔情况测试孔应垂直；钻孔附近地面应尽可能平整，钻孔时应尽量减少孔壁土扰动，待测孔钻到预定深度时，如地层软弱应下套管护壁，套管与孔壁间应用灌浆和填砂法处理。
3、怎样进行单孔波速测试？2、放置木板先挖地面，露出土层，将地面整理平整，铺上一层砂子，再将木板放在平整的砂子上，上面压上重物，使木板与地面紧密接触。
当剪切波振源采用锤击上压重物的木板时，木板的长向中垂线应对准测试孔中心，孔口与木板的距离宜为1～3m；板上所压重物宜大于400kg。
当压缩波振源采用锤击金属板时，金属板距孔口的距离宜为1～3m。
木板的中垂线应通过孔口，用锤沿板纵轴从两个相反方向水平敲击板端，产生水平剪切波。
3、怎样进行单孔波速测试？2、放置木板3、怎样进行单孔波速测试？2、放置木板3、怎样进行单孔波速测试？3、放置传感器当井中三分量检波器在孔内不同深度处接收剪切波时，应将其固定在孔壁上。
当使用检波器作触发信号时，记时触发检波器应置于木板边中心。
3、怎样进行单孔波速测试？4、仪器的连接略3、怎样进行单孔波速测试？5、信号的采集（1）测点间距的选择：测试时，应根据工程情况及地质分层，每隔1～3m 布置一个测点，并宜自下而上按预定深度进行测试；当有较薄夹层时，应适当调整，使得薄夹层中至少布置两个测点。
3、怎样进行单孔波速测试？5、信号的采集（2）剪切波波形的取得：剪切波测试时，传感器应设置在测试孔内预定深度处固定，沿木板纵轴方向分别打击其两端，可记录极性相反的两组剪切波波形；压缩波测试时，可锤击金属板，当激振能量不足时，可采用落锤或爆炸产生压缩波。
3、怎样进行单孔波速测试？6、剪切波震相确认（1）波形记录的现场识别：现场采集的波形一般由三部分组成：第一部分是从零时开始至直达波能量的到达，其信号除受外部干扰出现毛刺外，基本上是一条接近于直线的平稳段；第二部分从波的第一个初至起到第二个初至止，此段属于P波段，振幅小，频率高；第三部分是以S波为主的部分，振幅大，频率低。
3、怎样进行单孔波速测试？6、剪切波震相确认（1）波形记录的现场识别：(1)P波传播速度较S波速度快，P波为初至波；(2)震源板两端分别作水平激发时，S波相位反向，而P波相位不变；(3)检波器下孔一定深度后，P波波幅变小，频率变高，而S波幅度相对较大，频率相对较低。
(4)最小测试深度应大于震源板至孔口之间的距离，以避免浅部高速地层界面可能造成的折射波影响。
3、怎样进行单孔波速测试？6、剪切波震相确认（2）波形的室内判读：室内判读主要是精确地判读出第一个S 波到达的时间。
对不同方向激振所记录下来的波形图，根据正反向激发S 波极性相反的特点，确定S 波的初至，并以触发信号的起点为零时刻，读取第一个剪切波到达的时刻。
如下图中的t s 所示。
3、怎样进行单孔波速测试？6、剪切波震相确认3、怎样进行单孔波速测试？6、剪切波震相确认触发信号零时刻S波初至时刻t s横波走时3、怎样进行单孔波速测试？7、剪切波速的计算（1）走时随斜距的校正：当振源距孔口距离较大时，应按下列公式进行斜距校正：TL：剪切波从孔口到达测点的时间（s）T：剪切波从振源到达测点的实测时间（s）K：斜距修正系数。
H：测点深度（m）H：振源与孔口的高差（m）L：从板中心到测试孔的水平距离（m）（2）剪切波速计算：Vi =h i /(t i cos αi —t i-1cos αi-1)V i ：第i 层土的剪切波速h i ：第i 层土的厚度t i cos αi ：剪切波从孔口到达第i 层土底面的时间T i-1cos αi-1：剪切波从孔口到达第i 层土顶面的时间3、怎样进行单孔波速测试？7、剪切波速的计算4、进行单孔波速测试有什么用？1、计算地基的动弹性模量、动剪变模量和动泊松比4、进行单孔波速测试有什么用？2、场地土类型和场地类别（1）地震区建筑场地的选择地震区选择建筑场地时，应按下面的条件划分对建筑抗震有利、不利和危险的地段。